基于自旋Hamiltonian量的分子磁性理论计算研究

摘要

单分子磁体、单链磁体等纳米尺寸分子基磁体，由于其特定的结构及其磁性在分子记忆器、量子计算机、航空航天领域的特殊材料等方面潜在的应用价值，已成为材料化学和物理学的一个十分热门的领域和重要前沿阵地。本文基于自旋Hamiltonian理论，在对分了磁性的理论计算方法归纳总结的基础上，主要做了以下几个方面的工作：
　　 (1)从量子力学的基本原理出发，阐述了自旋Hamiltonian理论的基本思想，推导了分子磁学中一些常用经验公式的量子力学表达形式，使量了力学与分子磁学这两个交叉学科自然地衔接起来，为从事分子磁学的实验群体及从事理论物理研究的工作人员普及了较好的入门知识。
　　 (2)介绍了各向同性交换作用项(HDVV模型)的两种计算方法，即矢量加法方法及不可约张量算符方法，给出了课题组合成的六核{Co6｝及八核{Cu8｝分子簇的磁性解析表达式，并给出了磁化率的理论计算结果与测量数据之间的比较，得到了合理的磁性参数。
　　 (3)提出了分别考虑各单离了自旋各向异性(Single Ion Anisotropic)及分子总自旋各向异性(Total Spin Anisotropic)的相互作用模型，利用耦合自旋波函数、非耦合自旋波函数的表示形式及其它们之间的转换关系，给出了课题组合成的几个分子磁体的磁化率、磁化强度等磁性物理量的解析表达式或数值的计算结果(MPC程序包)及其反映其磁性的物理参数。
　　 (4)在介绍一维线性分子链磁性的经典自旋、半量子化自旋的理论计算方法的基础上，推导了包含任意交换系数的磁化率的解析表达式。利用跃迁矩阵方法，给出了同时考虑Zeeman项及单离子各向异性时的经典自旋的数值理论计算方法。